《工业机器人技术及应用》 教案 任务四 工业机器人的分类

《工业机器人技术及应用》教案姓 名 XXXXXXXX教案课程名称：工业机器人技术及应用 授课人：XX课题工业机器人的分类课时2教学目的与要求1、了解工业机器人按应用环境分类。2、了解工业机器人按技术等级分类。3、了解工业机器人按驱动方式分类。4、了解工业机器人按坐标系统分类。教学重点与难点重点：1）了解工业机器人的分类。难点：1）按驱动分类。教学方法课堂讲授（PPT授课+小组讨论）主要内容及步骤备注教学过程一、组织教学：组织课堂，新课前的自我介绍，介绍本节课程的体系结构，告知学习的基本要求。二、课题导入：工业机器人按照应用环境、技术等级、驱动方式、坐标系统的分类。三、新课讲授：工业机器人的各个分类四、强化巩固利用实际生活中接触的例子加强巩固五、总结拓展1.课堂内容总结 2.布置作业小组讨论授课效果分析总结教学内容课堂互动一、组织教学介绍本门课程的学习内容及知识体系结构，提出课程学习的基本要求，强调本门课程的上课时间、地点。推荐教材：《工业机器人技术及应用》活页式教材二、课题导入我们学习工业机器人的品牌，那么思考：这些工业机器人有哪些分类呢？导入：上次课堂上我们学习工业机器人的各种品牌，那么我们本次来学习一下工业机器人的分类吧，这些工业机器人也是人类根据不同场所，不同的应用和要求规划出来的，我们来看一下有哪些呢？新课讲授工业机器人的分类我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，工业机器人和特种机器人，即制造环境下的工业机器人和非制造环境下的特种机器人所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，包括焊接机器人、搬运机器人、装配机器人、处理机器人、喷涂机器人等。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。（一）按应用环境分类按应用环境分类见表4-1表4-1按应用环境分类焊接机器人点焊机器人弧焊机器人搬运机器人上下料机器人码垛机器人分拣机器人移动小车（AGV)装配机器人装配机器人处理机器人切割机器人冲压、锻造机器人打磨、抛光机器人喷涂机器人喷涂机器人1.焊接机器人焊接机器人是把焊枪固定在机器人手臂上，然后通过一系列的程序控制电焊机启动，焊接、停止。同时控制机器人手臂旋转，摆动等等，实现全自动焊接的工作站。如图4-1所示。图4-1焊接机器人2.上下料机器人上下料机器人是将待加工工件送装到加工位置和将已加工工件从加工位置取下的工件自动上下料的工作站。如图4-2所示。图4-2上下料机器人3.码垛机器人码垛机器人是通过定位信息，将已输送到抓取工位的工件，由机器人自动抓取到码垛位置进行码垛，然后重复抓取工件进行新垛的码放的工作站。如图4-3所示。图4-3码垛机器人4.分拣机器人分拣机器人是一种具备了传感器、物镜和电子光学系统的机器人，可以快速进行货物分拣的工作站。如图4-4所示。图4-4分拣机器人5.AGV移动小车AGV移动小车是指装备有电磁或光学等自动导向系统，可以保障系统在不需要人工引航的情况下就能够沿预定的路线自动行驶，将货物或物料自动从起始点运送到目的地的无人驾驶运输车。如图4-5所示。图4-5AGV小车6.装配机器人装配机器人是通过机器人、控制器、智能传感器和末端执行器，根据机器人的作业指令程序和从传感器反馈回来的信号，自动控制末端执行器来完成工件装配的工作站。如图4-6所示。图4-6装配机器人7.切割机器人水切割机器人是利用高压水流切割技术，完成对材料切割的工作站。激光切割机器人是利用高功率密度激光束照射技术，完成对材料切割的工作站。如图4-7所示。图4-7切割机器人8.锻造冲压机器人锻造冲压机器人是利用锻造冲压机械的锤头、砧块、\t"/item/%E9%94%BB%E5%8E%8B/_blank"冲头或通过模具对坯料施加压力，使之产生\t"/item/%E9%94%BB%E5%8E%8B/_blank"塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的制件的工作站。如图4-8所示。图4-8锻造冲压机器人9.打磨、抛光机器人打磨、抛光机器人是应用压力控制技术，透过数字化编程在工件上准确地控制磨料的磨损补偿，以自动化抛光、打磨系统为核心的工作站。如图4-9所示。图4-9打磨、抛光机器人10.喷涂机器人喷涂机器人是在产品生产加工完成后，控制喷涂设备借助于压力或离心力，分散成均匀而微细的雾滴，自动喷涂于被涂物表面的工作站。如图4-10所示。图4-10喷涂机器人（二）按技术等级分类按照机器人的技术发展水平可以将工业机器人分为三代。1.示教再现工业机器人第一代工业机器人是示教再现型。如图4-11所示。这类机器人能够按照人类预先示教的轨迹、行为、顺序和速度重复作业。示教可以由操作员手把手地进行，比如操作人员握住机器人上的喷枪，沿喷漆路线示范一遍，机器人动作中记住这一连串运动，工作时，自动重复这些运动，从而完成给定位置的喷涂工作。这种方式即所谓的“直接示教”。图4-11示教再现型机器人2.感知型工业机器人第二代工业机器人具有环境感知装置，是具有感觉功能的工业机器人，包括具有光觉、视觉、触觉、声觉等。如图4-12所示。这类机器人能在一定程度上适应环境变化，目前已进入应用阶段。以焊接机器人为例，机器人焊接的过程一般是通过示教方式给出机器人的运动曲线，机器人携带焊枪沿着该曲线进行焊接。这就要求工件的一致性要好，即工件被焊接位置必须十分准确。否则，机器人携带焊枪沿所走的曲线和工件的实际焊缝位置会有偏差。为解决这个问题，第二代工业机器人（应用于焊接作业时）采用焊缝跟踪技术，通过传感器感知焊缝的位置，再通过反馈控制，机器人就能够自动跟踪焊缝，从而对示教的位置进行修正，即使实际焊缝相对于原始设定的位置有变化，机器人仍然可以很好地完成焊接工作。图4-12感知型工业机器人3.智能工业机器人第三代工业机器人称为智能机器人，具有发现问题，并且能自主地解决问题的能力，尚处于实验研究阶段。作为发展目标，这类机器人具有多种传感器，不仅可以感知自身的状态，比如所处的位置、自身的故障情况等，而且能够感知外部环境的状态，比如自动发现路况、测出协作机器的相对位置、相互作用的力等。更为重要的是，能够根据获得的信息，进行逻辑推理、判断决策，在变化的内部状态与变化的外部环境中，自主决定自身的行为。如图4-13所示。图4-13智能工业机器人这类机器人具有高度的适应性和自治能力。尽管经过多年来的不懈研究，人们研制了很多各具特点的试验装置，提出大量新思想、新方法，但现有工业机器人的自适应技术还是十分有限的。（四）按驱动方式分类机器人驱动器是用来使机器人发出动作的动力机构。机器人驱动器可将电能、液压能和气压能转化为机器人的动力。因而，按机器人的驱动方式可以将工业机器人分为电气驱动、液压驱动、气压驱动三类。如表4-2所示。1.电气驱动电气驱动，包括直流伺服电机、步进电机和交流伺服电机等。如图4-14所示。图4-14电气驱动机器人2.液压驱动液压驱动，包括电液步进马达和油缸等。如图4-15所示。图4-15液压驱动机器人3.气压驱动气动驱动，包括气缸和气动马达等。表4-2工业机器人常用的驱动方式性能对比表驱动方式输出力控制性能维修使用结构体积使用范围制造液压驱动压力高，可获得大的输出力油液不可压缩，压力、流量均容易控制，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制维修方便，液体对温度变化敏感，油液泄漏易着火在输出力相同的情况下，体积比气压驱动方式小中、小型及重型机器人液压元件成本较高，油路比较复杂气压驱动气体压力低，输出力较小，如需输出力大时，其结构尺寸过大可高速运行，冲击较严重，精确定位困难。气体压缩性大，阻尼效果差，低速不易控制，不易与CPU连接维修简单，能在高温、粉尘等恶劣环境中使用，泄露无影响体积较大中、小型机器人结构简，介质来源成本低电气驱动输出力较小或较大容易与CPU连接，控制性能好，响应快，可精确定位，但控制系统复杂维修使用较复杂需要减速装置，体积较小高性能、运动轨迹要求严格的机器人成本较高（五）按坐标系统分类工业机器人的机械配置形式多种多样，典型工业机器人的机构运动特征是用其坐标特性来描述的。按基本动作机构，工业机器人通常可分为直角坐标机器人、柱面坐标机器人和关节型机器人等类型。1.直角坐标机器人直角坐标机器人是只具有移动关节的工业机器人，如图4-16所示。其具有空间上相互垂直的多个直线移动轴，通常3个。通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。图4-16直角坐标机器人直角坐标机器人结构简单，定位精度高，空间轨迹易于求解；但其动作范围相对较小，设备的空间因数较低，实现相同的动作空间要求时，机体本身的体积较大。2.柱面坐标机器人柱面坐标机器人具有一个转动关节、其余为移动关节的工业机器人，如图4-17所示。其空间位置机构主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成。具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱体。图4-17点胶机柱面坐标机器人结构简单、刚性好，但缺点是在机器人的动作范围内，必须有沿轴线前后方向的移动空间，空间利用率较低。4.多关节型机器人多关节型机器人由多个旋转和摆动机构组合而成的工业机器人。这类机器人结构紧凑、工作空间大、动作最接近人的动作，对喷涂、装配、焊接等多种作业都有良好的适应性，应用范围越来越广。不少著名的工业机器人都采用了这种型式，其摆动方向主要有垂直方向和水平方向两种，因此这类机器人又可分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。如美国Unimation公司20世纪70年代末推出的机器人PUMA就是一种垂直多关节机